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一根激光光缆中的两个同心圆光纤芯径

—— 2合1光纤使得激光焊接和切割的快速切换变得简单又方便

导读: 激光材料加工的不同应用,例如切割和焊接需要改变激光光束的质量以便得到最佳的加工效果。因此,当转换应用时,通常有必要改变激光光缆。

  激光材料加工的不同应用,例如切割和焊接需要改变激光光束的质量以便得到最佳的加工效果。因此,当转换应用时,通常有必要改变激光光缆。通快为TruLaser Cell 7040研发的新型2合1光纤包括在一个激光光缆中两个同心圆纤维芯直径。在切割过程中,激光光束被导入内部光纤芯径,焊接时导入外部芯径。2合1光纤使激光能以准确的锋利度和光束直径接触工件。

  固体激光系统内光束导引技术的发展水平

  使用固体激光器的激光系统通常使用石英光纤将激光导入到加工机床中。在激光器中,耦合镜头将激光光束聚焦在激光光缆(LLC)的光纤纤芯中,之后将激光光束导向加工镜头。使用准直镜将加工镜头中激光光缆末端的光变成平行光束,然后使用聚焦镜将其聚焦到工件。换言之,在激光光缆末端的光纤纤芯被描绘在工件上。每个激光加工应用对焦点直径,光束差异和加工光束Rayleigh长度都有特定的要求。切割工艺需要直径≤ 200 μm的焦点直径和更长的Rayleigh长度,也就是说需要更高的光束质量,以确保足够的加工带宽。在焊接时,通常使用≥ 200 μm的焦点直径来达到足够的连接截面。在焊接过程中,较差的光束质量会导致Rayleigh长度更短,可以通过离焦 (焦点的变化)的方式确保有针对性的影响,并最终在加工过程中取得稳定效果。

  使用单一的镜头配置不可能实现不同的激光加工应用。光纤芯径,准直镜和聚焦镜头的焦距必须独立适合特定的加工应用。事实上,这就要求激光系统用户更换激光光缆,准直或加工镜头。为了实现变化,机器内部的光路必须是开放的。而这样做的风险是周围环境的尘埃和污垢可能进入光路导引(系统),使镜头表面变脏。这会改变它们的光学特性并影响激光光束,导致工件更差的加工质量。另外,改变光路导引也会引起诸如零部件配合错误(例如:光纤直径)或光路导引的偏差。特别是那些光路中装有旋转轴的三维机器,为防止焦点摇摆,不得不使用平行激光光束。

  有几种可能的解决方案可绕过上述问题。例如,激光器可以将具有不同直径的几种激光光缆导入到机器中。然而,这就要求激光器和加工机器中的光束开关具有复杂的光束管理功能。在机器中的光束开关在非常工业的环境中不是特别实用。

  一种更简便、耐用的解决方案就能避免机器中光束开关所产生的问题,并且只将一个激光光缆而不是两个不同的激光光缆从激光器导入到机器中。

  2合1光纤的设计:光纤芯和芯环

  2合1光纤由一根核直径小的典型阶跃光纤,外包一根更大直径的第二层芯(芯环)组成。光纤芯和芯环互相同轴运行,并由低折射熔分离。通过另一个低折射熔,芯环朝外部的部分是隔离的。(图1)

图1:2合1设计以及光纤末端图。

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